Estrutura - Grandes Vãos 

Grupo:

Andrea Calvo Paiva RA 02290691
Menyra Loyola Santos RA 20167605
Thais Queiroz RA 20153959
Tayanne Martin RA 20160193

Vigas Vagão

O sistema chamado de viga vagão formado por uma viga principal com seção retangular e um ou dois montantes vinculados a tirantes fixados nas extremidades da peça, passando pela parte inferior dos montantes, é uma interessante opção para uso em sustentação de fôrmas para concreto. Resulta em um sistema leve, de fácil manuseio, boa rigidez e de boa capacidade mecânica.

As vigas-vagão ou vigas armadas representam um importante sistema estrutural capaz de

promover um melhor aproveitamento do material, tendo em vista a significativa redução dos

esforços e deslocamentos neste arranjo estrutural.

O termo viga vagão é derivado de seu uso como elemento estrutural nos vagões de trem. O cabo tem a função de sustentar a viga, diminuindo-lhe o vão. Assim, vigas de menor dimensão podem vencer maiores vãos. O sistema resultante da associação de vigas com montantes e tirantes resulta no comportamento de uma viga contínua

e, portanto, hiperestática internamente, apoiada em montantes que se apoiam nos cabos.

O empuxo do cabo é absorvido pela própria viga e a forma do cabo será sempre a do funicular das cargas transmitidas pelos montantes.

Os princípios básicos das estruturas vagonadas vêm sendo utilizados na construção civil desde o final do século XVIII com a execução das primeiras pontes e viadutos em ferro fundido na Europa. As primeiras pontes a utilizarem estes princípios são as lenticulares, formadas por grandes treliças em formato próximo ao elipsoidal com barras suportadas por tirantes através de diagonais e montantes.

Tipos básicos de vigas-vagão: com um e dois montantes

Os princípios básicos das estruturas vagonadas vêm sendo utilizados na construção civil desde o final do século XVIII com a execução das primeiras pontes e viadutos em ferro fundido na Europa. As primeiras pontes a utilizarem estes princípios são as lenticulares, formadas por grandes treliças em formato próximo ao elipsoidal com barras suportadas por tirantes através de diagonais e montantes.

O advento do uso de estruturas vagonadas na arquitetura data do final do século XX, especialmente a partir da chamada arquitetura high-tech. Um dos exemplos mais conhecidos de uso do conceito de estruturas vagonadas, embora com trechos treliçados, são as pirâmides do Museu do Louvre em Paris, construídas em 1989 e projetadas pelo arquiteto Ieoh Ming Pei com a colaboração do engenheiro Peter Rice.

Outro exemplo do final do século XX é a estrutura das fachadas bioclimáticas na City for Science and Industry em Paris, construídas em 1981 e projetadas pelo arquiteto Adrien Fainsilber também com a colaboração do engenheiro Peter Rice.

O vagonamento pode ser concebido e executado virtualmente em qualquer material estrutural, mas o aço é um dos materiais mais adequados por sua maior flexibilidade e maior adequabilidade aos esforços envolvidos, especialmente nos tirantes. Uma análise mais aprofundada na história dos materiais e das estruturas mostra que o desenvolvimento do ferro e depois do aço e sua utilização na engenharia e arquitetura está intrinsecamente ligado ao desenvolvimento e disseminação do uso das estruturas vagonadas.

Concepção

Para conceber uma estrutura é necessário, primariamente, definir todos os seus parâmetros geométricos desde o seu posicionamento espacial até o seu pré-dimensionamento, além de sua viabilidade construtiva através da escolha de materiais. A concepção de estruturas vagonadas é baseada na escolha de vários parâmetros como as dimensões de seus elementos (pré-dimensionamento), tipo de seção transversal, tipo de material estrutural, tipo de elemento principal, número de montantes, direção do elemento principal e direção e sentido do montante.

As estruturas vagonadas podem ser pré-dimensionadas através de fórmulas empíricas ou de gráficos. O gráfico da figura 3 pode ser utilizado, onde a altura (h) da viga vagonada em aço é dada, a partir do vão livre em metros, pela curva superior para grandes cargas e pela curva inferior para pequenas cargas.

Os parâmetros mais importantes definidos em sua concepção são o tipo de vagonamento (número de montantes, direção do elemento principal e direção e sentido dos montantes) e a geometria dos elementos (tipo de seção transversal e pré-dimensionamento). Estes parâmetros dependem das cargas e esforços envolvidos, da magnitude e razão entre vãos e da geometria da edificação. De modo geral, para cargas uniformemente distribuídas, os elementos principais e montantes estão sujeitos à flexo-compressão e os tirantes à tração.

Tipos

1- Quanto ao número de montantes: 

2- Trapezoidal ou dois montantes; 

3- Parabólica ou três ou mais montantes; 

Quanto à direção do elemento principal:

1- Unidirecional;

2- Bidirecional;

3- Multidirecional;

Quanto à direção e o sentido dos montantes:

1- Uma direção;

2- Duas direções;

Quanto ao tipo de elemento principal:

1- Viga de alma cheia;

2- Treliça;

3- Pilar;

4- Outros elementos há aplicações de outros tipos de elementos principais em estruturas

vagonadas como lonas tensionadas e vigas Vierendeel.

Pré dimensionamento

As estruturas vagonadas podem ser pré-dimensionadas através de fórmulas empíricas ou de gráficos. A figura abaixo mostra o pré-dimensionamento de vigas vagonadas em aço com dois montantes. Para vigas vagonadas com mais montantes pode-se dividir o vão uniformemente, adotar a forma parabólica do tirante e adotar os demais parâmetros. 

Deve-se entender o funcionamento estrutural do vagonamento antes de sua concepção pois vários parâmetros dependem direta ou indiretamente deste raciocínio físico. A figura abaixo mostra os esforços externos envolvidos em vigas vagonadas. De modo geral, para cargas uniformemente distribuídas, os elementos principais e montantes estão sujeitos à flexo-compressão e os tirantes à tração. A flexão nos montantes pode ser resultante de possíveis excentricidades construtivas ou cargas horizontais.